A súrlódás az a fizikai folyamat, amely nélkül világunkban maga a mozgás sem létezhetne. A fizikában a súrlódási erő abszolút értékének kiszámításához ismerni kell egy speciális együtthatót a szóban forgó súrlódási felületekre. Hogyan találjuk meg a súrlódási együtthatót? Ez a cikk választ ad erre a kérdésre.
Súrlódás a fizikában
Mielőtt válaszolna arra a kérdésre, hogy hogyan találjuk meg a súrlódási együtthatót, meg kell fontolni, hogy mi az a súrlódás, és milyen erő jellemzi.
A fizikában ennek a folyamatnak három típusa van, amely szilárd tárgyak között megy végbe. Ez a pihenés, csúszás és gurulás súrlódása. Súrlódás mindig akkor lép fel, amikor egy külső erő megpróbál elmozdítani egy tárgyat. A csúszósúrlódás, ahogy a neve is sugallja, akkor lép fel, amikor az egyik felület átcsúszik a másikon. Végül gördülési súrlódás lép fel, amikor egy kerek tárgy (kerék, golyó) elgurul valamilyen felületen.
Minden típusban az a közös, hogy megakadályoznak bárkitmozgás és erők alkalmazási pontja két tárgy felülete közötti érintkezési területen van. Ezenkívül ezek a típusok a mechanikai energiát hővé alakítják.
A csúszási és statikus súrlódási erőket a súrlódó felületek mikroszkopikus érdességei okozzák. Ezen túlmenően ezek a típusok a dipól-dipól és az atomok és molekulák közötti más típusú kölcsönhatások következményei, amelyek dörzsölő testeket alkotnak.
A gördülési súrlódás oka a rugalmas alakváltozás hiszteréziséhez kapcsolódik, amely a gördülő tárgy és a felület érintkezési pontján jelenik meg.
Súrlódási erő és súrlódási tényező
A szilárd súrlódási erők mindhárom típusát azonos formájú kifejezések írják le. Íme, ő:
Ft=µtN.
Itt N a test felületére merőlegesen ható erő. Ezt hívják támogató reakciónak. A µt- értéket a megfelelő típusú súrlódási együtthatónak nevezzük.
A csúszási és nyugalmi súrlódási együtthatók dimenzió nélküli mennyiségek. Ez megérthető a súrlódási erő és a súrlódási együttható egyenlőségével. Az egyenlet bal oldalát newtonban fejezzük ki, a jobb oldalát szintén newtonban fejezzük ki, mivel N egy erő.
Ami a gördülési súrlódást illeti, ennek együtthatója is dimenzió nélküli érték lesz, azonban ez a rugalmas alakváltozás lineáris jellemzőjének a gördülő tárgy sugarához viszonyított aránya.
El kell mondani, hogy a csúszási és nyugalmi súrlódási együttható jellemző értékei az egység tizedei. A súrlódáshozgördülve ez az együttható az egység század- és ezredrészének felel meg.
Hogyan találjuk meg a súrlódási együtthatót?
Együttható µt számos olyan tényezőtől függ, amelyeket matematikailag nehéz figyelembe venni. Felsorolunk néhányat közülük:
- dörzsölő felületek anyaga;
- felületminőség;
- szennyeződés, víz és így tovább;
- felszíni hőmérséklet.
Ezért nincs képlet a µt-ra, és kísérletileg kell mérni. A súrlódási együttható meghatározásának megértéséhez az Ft képletből kell kifejezni. Nálunk:
µt =Ft/N.
Kiderült, hogy µt meg kell találni a súrlódási erőt és a támogató reakciót.
A megfelelő kísérletet a következőképpen hajtjuk végre:
- Vegyünk egy testet és egy síkot, például fából.
- Rögzítse a fékpadot a testhez, és egyenletesen mozgassa a felületen.
Ugyanakkor a próbapad némi erőt mutat, ami egyenlő Ft. A talajreakció egyenlő a test súlyával vízszintes felületen.
A leírt módszer lehetővé teszi, hogy megértse, mi a statikus és csúszósúrlódási együttható. Hasonlóképpen kísérletileg meghatározhatja a µtrolling.
Egy másik kísérleti módszer a µt meghatározására a következő bekezdésben található feladat formájában.
Probléma a µt kiszámításakor
A fa gerenda az üvegfelületen van. A felület finom megdöntésével azt találtuk, hogy a gerenda csúszása 15o dőlésszögnél kezdődik. Mekkora a fa-üveg pár statikus súrlódási együtthatója?
Amikor a gerenda ferde síkon volt 15o, akkor a rá vonatkozó nyugalmi súrlódási erő maximális értéke volt. Ez egyenlő:
Ft=mgsin(α).
Az N erőt a következő képlet határozza meg:
N=mgcos(α).
A µt képletét alkalmazva a következőt kapjuk:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
Az α szöget behelyettesítve a válaszhoz jutunk: µt=0, 27.
